專利名稱：用于高頻率應(yīng)用的感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電感應(yīng)器，尤其是用于高功率、高頻率應(yīng)用的感應(yīng)器的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
感應(yīng)器被應(yīng)用于多種應(yīng)用中。本申請(qǐng)描述了一種尤其適合于高功率、高頻率應(yīng)用 (例如采用高頻率DC-DC開關(guān)模式的功率變換器)的感應(yīng)器。根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器組件在其它應(yīng)用(例如變壓器)中也是有用的。WO 02/101909中描述了復(fù)雜DC-DC功率變換器的示例。圖1是如WO 02/101909 中描述的DC-DC功率變換器的最基本元件的通用電路圖。該功率變換器適合于在高功率應(yīng)用(例如電車中的功率變換)中使用。在使用中，使用具有可變傳號(hào)-空號(hào)比率的脈寬調(diào)制(PMW)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使開關(guān)Sl和S2從不都被接通而是被驅(qū)動(dòng)成一個(gè)斷開而另一個(gè)接通。 可見(jiàn)，對(duì)于第一階，當(dāng)S2接通時(shí)，通過(guò)感應(yīng)器L的電流線性增加，當(dāng)Sl接通時(shí)，其線性減少， 從而電流波形具有含DC分量的不對(duì)稱鋸齒輪廓。輸入和輸出之間的電壓比率簡(jiǎn)單地由S2 被接通的時(shí)間與總周期時(shí)間的比率確定。然后通過(guò)由感應(yīng)器L和電容器C2形成的無(wú)源電路(其用作為針對(duì)諧振以上頻率進(jìn)行動(dòng)作的低通濾波器)對(duì)該鋸齒電流信號(hào)進(jìn)行濾波，以給出輸出端B能夠接受的低的電壓波動(dòng)。有利的是，開關(guān)工作于最高的實(shí)際頻率，以使得濾波部件L和C2的大小和成本最小化。因此，圖1中的感應(yīng)器L必須操作在高頻率(例如100kHz)和高功率(IkW至 IOkff)。理想地，感應(yīng)器引入系統(tǒng)的損耗應(yīng)當(dāng)最小，并且應(yīng)當(dāng)體積小、質(zhì)量輕并且成本低。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在參照在獨(dú)立權(quán)利要求中定義的本發(fā)明中的各個(gè)方面。在從屬權(quán)利要求中闡述有利的特征。


圖1示出雙向下轉(zhuǎn)換器的基本元件。圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型感應(yīng)器繞組的截面；圖3示出通過(guò)纏繞導(dǎo)體帶形成的感應(yīng)器；圖4示出根據(jù)本發(fā)明用于形成感應(yīng)器的銅帶；圖5示出圖1所示的感應(yīng)器內(nèi)的電壓和電流波形；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的在感應(yīng)器中使用的線軸的示例；圖7示出內(nèi)部線圈容性耦合；圖8示出圖4所示的導(dǎo)體帶，以及在纏繞之前平坦放置的根據(jù)本發(fā)明的用于形成感應(yīng)器的其它元件；圖9示出包括根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器的基本雙向下轉(zhuǎn)換器；圖10示出包括有根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器的開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器的另一示例；其中屏蔽經(jīng)由電阻接地
圖11示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器組件的機(jī)器；
圖12示出用在根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器組件中的導(dǎo)體帶的內(nèi)端；
圖13a-圖13c示出用在根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器組件中的線軸；
圖14a和圖14b示出示例的包括空氣隙的芯；
圖15a-圖15d示出根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器，其中示出的不同端接布:
圖16示出包括外部罩的根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器；
圖17示出用在根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器組件中的替換繞組布置；
圖18示出在圖17所示的繞組中用作導(dǎo)電屏蔽的墊圈；
圖19示出用于如圖20所示的方形繞組的芯組件；
圖20示出具有方形拓?fù)涞奶鎿Q繞組；
圖21示出用于具有方形拓?fù)涞奶鎿Q繞組的片；
圖22示出用于具有方形拓?fù)涞奶鎿Q繞組的另一種片；
圖23示出被彎曲超出45度并被擠壓的銅帶的變形；
圖24示出可以被焊接的圖23的彎曲的區(qū)域；
圖25示出用于形成具有方形截面的帶狀線圈的片材材料圖案；
圖26示出用于形成具有三角形截面的帶狀線圈的片材材料圖案；
圖27示出用于形成具有五邊形截面的帶狀線圈的片材材料圖案；
圖28示出具有三角形截面的磁芯；
圖29示出具有五邊形截面的磁芯；
圖30示出在圓柱殼體中的完整線圈組件；
圖31示出用于接地屏蔽的直接連接的等效電路；以及
圖32示出用于接地屏蔽的電容連接的等效電路。
具體實(shí)施例方式圖1示出如WO 02/101909中描述的DC-DC轉(zhuǎn)換器的元件的基本通用電路圖。如描述的那樣，圖1所示的電路包括通過(guò)高頻率、高功率信號(hào)的感應(yīng)器L。對(duì)感應(yīng)器的需求有多種，基本需求是感應(yīng)器是成本低、體積小和效率高。感應(yīng)器典型地由通過(guò)電流并耦合至磁芯的導(dǎo)體線圈形成。芯典型地由鐵氧體形成。通過(guò)說(shuō)明的方式，圖2示出工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的“罐形芯”構(gòu)造的截面。通過(guò)大體為圓柱形對(duì)稱的芯20示出截面。磁環(huán)路通過(guò)芯20的中心部分，其中，磁通分裂開并經(jīng)由壁(如這里所示，在截面中位于側(cè)面)返回。電繞組22進(jìn)入并且離開紙面(截面中示出導(dǎo)體)。根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器被設(shè)計(jì)為在高頻率和高功率下使用。隨著工作頻率上升，用于處理給定功率所需的電感下降。對(duì)于用于電車中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的關(guān)注頻率和功率，這意味著感應(yīng)器需要相對(duì)較少的匝，即在1與20匝之間。用以制造感應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)加工的鐵氧體部件可以有多種形狀和的大小，但都尋求以在給定的材料質(zhì)量或體積的約束下保持盡可能低的總功率損耗(電損耗和磁損耗)的方式將磁路與電路耦合。然而，在給定鐵氧體芯周圍形成電繞組的方式對(duì)功率損耗具有深刻的影響。
使用高電流時(shí)的一個(gè)主要問(wèn)題是感應(yīng)器中的阻抗損耗。電線圈經(jīng)受正常的“I2R” 阻抗損耗，并且可以通過(guò)將線圈阻抗保持得盡可能低來(lái)使這些損耗最小化。線圈的阻抗與繞組的長(zhǎng)度、繞組中使用的導(dǎo)體的截面積以及導(dǎo)體的阻抗性有關(guān)。此外，對(duì)于給定的標(biāo)準(zhǔn)鐵氧體芯，例如，如圖2所示，對(duì)于電繞組可用的截面被固定，對(duì)于單個(gè)匝可用的截面面積與給定設(shè)計(jì)中所需的匝數(shù)成反比。因此，對(duì)于給定的可用截面面積，為了允許對(duì)于每一匝最大化截面積，繞組的封裝密度是重要的。然而，在特定截面內(nèi)高效地封裝少量截面大的匝是困難的。當(dāng)在高頻率下工作時(shí)，還產(chǎn)生“趨膚效應(yīng)”。眾所周知，在高頻率交變的電流主要在導(dǎo)體的外層或“表層”中行進(jìn)，其中電流密度隨著距表面的厚度指數(shù)地下降。在銅中，在 IOOkHz下，表層厚度是大約0. 4mm，因此，在意圖主要應(yīng)用感應(yīng)器來(lái)操作的尺度和頻率下， 趨膚效應(yīng)是重要因素。減輕趨膚效應(yīng)的通用方法是使用一束扭曲在一起以確保均勻空間分布的彼此絕緣的較小引線，而不使用單根較大的引線。然而，這具有降低繞組的總封裝效率的缺點(diǎn)。通過(guò)使用一束較小的引線而不是單根較大的引線，繞組的DC阻抗增加(因?yàn)樗蟮慕^緣和不理想的封裝效率)。與成束的導(dǎo)體相關(guān)的另一問(wèn)題是導(dǎo)體的端接。必須將每根引線剝離開并且整個(gè)束要與外部電路并行地端接。當(dāng)引線的總截面變得大時(shí)，這是極為困難的。圖3示意性示出用于根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器的電繞組。如圖4中的未纏繞的狀態(tài)所示，用導(dǎo)體(優(yōu)選為銅)帶形成導(dǎo)體30。帶30的整體厚度近似等于工作在期望頻率下的表層厚度，但具有相當(dāng)大的寬度。帶被纏繞成帶截面的長(zhǎng)軸與繞組轉(zhuǎn)軸平行。優(yōu)選地使用電絕緣體層使導(dǎo)體的相鄰匝彼此絕緣。在這種導(dǎo)體中，電流的DC分量將具有沿導(dǎo)體截面的均勻電流密度，電流的高頻率分量在表面將具有更高的密度，并且該更高的密度從表面起減少 由于導(dǎo)體中央部近似為從中心起表層厚度的一半，因此電流密度的交變部分的減少不太嚴(yán)重。在實(shí)際轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中，如果與感應(yīng)器中的DC電流比較，電流的高頻率分量，即電流波動(dòng)小，則也減輕這種效應(yīng)。導(dǎo)體帶30包括兩個(gè)電端接部分31、32，在導(dǎo)體帶30的每一端，端接部分31、32在相對(duì)方向上從帶30側(cè)向延伸。如將更詳細(xì)地描述的那樣，在帶已經(jīng)被纏繞之后，端接部分可以彎折90度，以允許感應(yīng)器容易地連接到印刷電路板(PCB)。導(dǎo)體帶30優(yōu)選地以良好的電氣級(jí)銅片制成，并且可以使用光刻或任何其它合適的技術(shù)來(lái)形成導(dǎo)體帶30。使用以此方式纏繞的導(dǎo)體帶具有若干優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于高功率、高頻率應(yīng)用。(1)帶的使用減輕趨膚效應(yīng)。通過(guò)使用與表層厚度相同量級(jí)的厚度的帶，保持了貫穿整個(gè)帶的高的電流密度。(2)這種類型的帶繞組封裝密度高于較小的圓形導(dǎo)體的封裝密度。(3)不存在使用導(dǎo)體束所致的附加的體積上的無(wú)效性。當(dāng)需要非常少量的匝時(shí)，優(yōu)選地使用由通過(guò)絕緣層分離、纏繞在一起并且在端接處并行連接的多個(gè)帶實(shí)現(xiàn)的層疊帶組件。在保持繞組對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)形狀的芯的正確的寬高比的同時(shí)，多個(gè)層疊的帶能夠比相同厚度的單匝更好地減輕趨膚效應(yīng)。然而，在高頻率功率變換器中，功率電路的節(jié)點(diǎn)處電壓的改變速率和電路元件中電流的改變速率以伏特/秒和安培/秒為單位分別為IO9量級(jí)。通過(guò)示例，這可以是如圖5所示的PWM電壓波形。圖fe示出圖1中點(diǎn)A處的電壓。圖恥示出通過(guò)感應(yīng)器L的電流。 圖5c示出圖1中點(diǎn)B處的電壓。在點(diǎn)A處，電壓在60ns內(nèi)從0達(dá)到60V。電流將在相似的時(shí)間內(nèi)從流過(guò)Sl變?yōu)榱鬟^(guò)S2，并且電流變化可以是50安培。因此，IpF寄生耦合電容將傳導(dǎo)源自這樣大的電壓改變速率的ImA量級(jí)的傳導(dǎo)電流。這與模擬測(cè)量和邏輯信號(hào)電流的幅度相同的量級(jí)，從而可以嚴(yán)重地?cái)_亂容性耦合至功率電路的控制電路。電感也是問(wèn)題。IOmm 長(zhǎng)度的引線或電路板布線將具有InH的量級(jí)的自電感，因此電流的這些改變速率將生成IV 的量級(jí)的寄生電壓。在任何實(shí)際設(shè)計(jì)中必須解決這些問(wèn)題。為此，優(yōu)選地圍繞線軸纏繞導(dǎo)體。圖6示出合適的線軸60。帶30的寬度比線軸 60的寬度稍小。線軸由導(dǎo)體材料(例如黃銅)形成，并且連接到系統(tǒng)地以形成對(duì)于外部環(huán)境的靜電屏蔽。線軸必須與導(dǎo)電繞組的內(nèi)部匝絕緣。在繞組和線軸的兩側(cè)之間還必須存在間隙或絕緣層。線軸包括貫穿內(nèi)部管的徑向縫61和端表面62、63，以確保線軸不形成“短路匝”。 該間隙足夠小，從而靜電屏蔽的中斷和對(duì)外部環(huán)境的小量容性耦合不明顯。線軸在繞組的內(nèi)部和各側(cè)提供靜電屏蔽?？梢栽诶@組的外部放置附加屏蔽，并且附加屏蔽連接到線軸。與線軸一樣，如果附加屏蔽形成導(dǎo)電環(huán)，則其將形成“短路匝”?？梢匀缇€軸中那樣包括有間隙，或者可以在屏蔽的重疊部分之間插入絕緣體。附加外部屏蔽應(yīng)為線軸的內(nèi)部尺寸的全寬，但應(yīng)考慮確保使其不會(huì)經(jīng)由線軸形成短路匝，或者不會(huì)將線軸中的縫電橋連接。如果附加屏蔽在線軸中的縫附近被切割得較窄并且相結(jié)合地使用連接屏蔽的端部之間的絕緣體，則可以避免短路匝。存在一種外周長(zhǎng)屏蔽的替選，其對(duì)于某些情況而言是滿足要求的。從圖fe和圖5c 可見(jiàn)，圖1的電路中的A點(diǎn)處的電壓具有高幅度、高頻率成分。相反，在開關(guān)頻率下，b點(diǎn)處的電壓幅度被大幅衰減，而且較高的諧波頻率被衰減得更多。因此，如果感應(yīng)器的內(nèi)部匝附連到圖1中的點(diǎn)A，并且外部匝附連到點(diǎn)B(從而外部匝上的電壓波形近似為B點(diǎn)處的電壓波形)，則與外部環(huán)境的耦合不大會(huì)造成問(wèn)題。除了與外部環(huán)境的容性耦合之外，存在導(dǎo)體的相鄰匝之間的容性耦合(在此被稱為線圈內(nèi)容性耦合)的問(wèn)題。使用導(dǎo)體帶帶來(lái)比使用圓形或成束導(dǎo)體大得多的線圈內(nèi)容性耦合。圖7示出用于線圈各匝間的電容的等效電路。等效電路包括導(dǎo)體10的每一對(duì)相鄰匝之間的電容器70。實(shí)質(zhì)上，這些電容從一端串聯(lián)連接至另一端，從而提供通過(guò)感應(yīng)器的容性路徑。容性路徑非常好地傳導(dǎo)高頻率信號(hào)，這與感應(yīng)器的主要功能之一(即濾除高頻) 不符。通過(guò)增加相鄰匝之間的絕緣體厚度來(lái)減少線圈內(nèi)容性耦合與繞組中對(duì)高的體積效率的需求相悖。本發(fā)明提供的解決方法是在匝之間使用靜電屏蔽箔，屏蔽箔是導(dǎo)體材料并且連接至系統(tǒng)地。圖8示出平坦布置的導(dǎo)體帶30以及其它通過(guò)纏繞來(lái)形成根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器的元件。如先前參照?qǐng)D4描述的那樣，導(dǎo)體30包括被形成為在導(dǎo)體30的任一端容易地沿著彎折線彎折成直角的端接部分31、32。利用在長(zhǎng)度和寬度上稍大的由絕緣體81形成的層來(lái)纏繞導(dǎo)體30。絕緣體81可以由多種材料制成，但優(yōu)選為玻璃纖維帶的形式。帶可以是粘性的或非粘性的。絕緣體81確保導(dǎo)體30的相鄰匝不相互接觸，但卻占據(jù)非常小的體積。可以提供其它類型的絕緣體，導(dǎo)體的每一匝與下一匝絕緣。相應(yīng)地，可以簡(jiǎn)單地在帶的相鄰匝之間留下空氣空間。
還與導(dǎo)體帶30纏繞的是至少一個(gè)屏蔽箔。在該示例中，使用兩個(gè)屏蔽箔82、83。 可以使用很多屏蔽箔來(lái)使衰減增強(qiáng)，但這帶來(lái)復(fù)雜度和額外體積的代價(jià)。屏蔽箔82、83與它們自己的絕緣層84、85關(guān)聯(lián)，以防止它們接觸導(dǎo)體帶30。圖9的電路圖示出圖1的電路中的感應(yīng)器中的屏蔽箔82、83的效果。屏蔽箔示出為連接至系統(tǒng)地。每個(gè)屏蔽箔82、83具有形成在其側(cè)面的用于接地的小材料片86、87。還是在利用任一側(cè)的絕緣材料層的情況下，這些片被伸至線軸60側(cè)，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻媲鍧嵑秃附舆M(jìn)行端接?？梢詮你~箔壓印或光刻出屏蔽箔82、83。屏蔽箔82、83優(yōu)選為對(duì)于導(dǎo)體帶30的整匝延伸。圖8示出用于每一匝的導(dǎo)體的長(zhǎng)度，其中，標(biāo)號(hào)T0-T5指示每一匝的起始。很明顯，每一匝所需的導(dǎo)體的長(zhǎng)度隨著線圈的半徑增加而增加。如果屏蔽小于一個(gè)完全匝，則可以理解，在屏蔽之后，該匝存在如下一部分穿過(guò)該未被屏蔽的部分耦合至下一匝。因此，對(duì)匝進(jìn)行360度屏蔽代表一個(gè)匝與下一匝之間的100%的理論上的屏蔽，而更小的任何角度導(dǎo)致與整個(gè)360度匝的未被屏蔽的部分直接成比例的不想要的高頻耦合。然而，因?yàn)橐淹ㄟ^(guò)360度屏蔽在理論上將耦合減少為零，所以并非單根屏蔽越長(zhǎng)就會(huì)成比例地越有利。此外，即便按長(zhǎng)度屏蔽一匝，也存在使得長(zhǎng)屏蔽不利的起作用的另一因素。在點(diǎn)A處具有單一頻率正弦波形的情況下，考慮如圖1 的L和C2形成的濾波器電路中感應(yīng)器的動(dòng)作，并且進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化為C2非常大從而B點(diǎn)電壓恒定。正弦電壓的幅度按照沿著從點(diǎn)A處的完全幅度到點(diǎn)B處的零的線圈的長(zhǎng)度線性減少。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)傅立葉分析，可以知道，開關(guān)轉(zhuǎn)換器的PWM電壓波形包括這些正弦分量。還可以知道，在真實(shí)濾波器中，C2是有限的，并且將具有穿過(guò)它的電壓波形(較低頻率成比例地較少衰減)，并且對(duì)于系統(tǒng)地，沿繞組的繞組中任一點(diǎn)處的電壓隨著該點(diǎn)的位置而逐漸改變。因此，不管用什么樣的屏蔽，耦合至屏蔽的電壓沿著該屏蔽的長(zhǎng)度而不同，并且屏蔽越長(zhǎng)，這種效應(yīng)越大。如果情況是能夠?qū)⑵帘卫硐氲乇３衷谙到y(tǒng)地，則這種效應(yīng)將是非實(shí)質(zhì)性的，并且在屏蔽長(zhǎng)度之下繞組與屏蔽之間的容性耦合的電流將簡(jiǎn)單地反映出在繞組上的每一點(diǎn)的電壓波形。在操作中，在關(guān)注的物理尺度和頻率下，與關(guān)注的最高頻率的波長(zhǎng)相比， 屏蔽的物理尺度較小，因此可以很大程度上忽略這種由于傳播速度導(dǎo)致的效應(yīng)，但電感不能被忽略，尤其是屏蔽上的片與系統(tǒng)地之間的電感。因此，效果可以是電接近于點(diǎn)A處的 PWM波形的屏蔽上將具有由于接地電感而產(chǎn)生的、從繞組中的全幅度衰減后的電平的十分尖銳的高頻率信號(hào)。由于與波長(zhǎng)相比屏蔽較小，所以這些尖銳的沿將在整個(gè)屏蔽上存在，因此過(guò)長(zhǎng)屏蔽的效果是將這些沿從繞組的一端耦合到另一端。如果在體積或復(fù)雜度上不存在約束，則可以通過(guò)具有更多的屏蔽(每個(gè)屏蔽使衰減增加)來(lái)改進(jìn)這種情況。也可以將完整匝的單個(gè)屏蔽向下劃分為兩個(gè)半匝的屏蔽這樣同樣較好地實(shí)現(xiàn)以上的完整匝屏蔽，但大幅減少所描述的端到端耦合效應(yīng)?！袄硐氲摹逼帘蜗到y(tǒng)傾向于連續(xù)地通過(guò)繞組，使繞組的每個(gè)部分與在上面和在下面的匝屏蔽，其中屏蔽被沿著繞組劃分為小的獨(dú)立部分。因此，屏蔽實(shí)際上是折衷，其中，完整匝或稍長(zhǎng)的屏蔽實(shí)際上十分有效。兩個(gè)屏蔽實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一個(gè)好。由于其它因素和實(shí)際結(jié)果指示兩個(gè)屏蔽是優(yōu)化的實(shí)際解決方案，因此發(fā)現(xiàn)將一個(gè)放在具有較高信號(hào)的一端，以承受高頻率耦合輸出的沖擊，并且將一個(gè)放在另一端，以移除盡可能多的殘余運(yùn)作良好。靜電屏蔽箔將信號(hào)容性地耦合至地。由于屏蔽箔由高電導(dǎo)率材料形成并且連接至地，因此電流將流動(dòng)到地，而不產(chǎn)生明顯的電壓。相應(yīng)地，從屏蔽箔到另一側(cè)上的匝的耦合較小。如上所述，即使是從屏蔽箔到地的連接長(zhǎng)度短，也會(huì)具有一定的電感。對(duì)于下一匝的屏蔽的電容以及到地的電感形成調(diào)諧電路。該情況的效應(yīng)是，當(dāng)圖1中點(diǎn)A處的電壓波形的單個(gè)尖銳沿耦合到屏蔽箔時(shí)，其激勵(lì)高頻率振蕩，然后屏蔽箔將其耦合到繞組中的后續(xù)匝。該效應(yīng)在最接近圖1的點(diǎn)A處的屏蔽箔中最顯著。為了緩解這一問(wèn)題，屏蔽箔82、83的片86、87可以經(jīng)由計(jì)算為接近用于由屏蔽箔和接地所形成的調(diào)諧電路的臨界阻尼的值的一個(gè)或多個(gè)電阻器連接到地。這不僅具有阻礙振蕩的效應(yīng)，而且還可以被看作限制任何在返回電流路徑中流動(dòng)并在電路中的其它位置激勵(lì)寄生電壓的電流。圖10示出這種情況。由于遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的屏蔽83將與高頻分量被很大程度地減少的低幅度電壓耦合， 因此將激勵(lì)較小的電流，從而可以使用較小值的電阻，通過(guò)屏蔽箔給出較大衰減而不會(huì)激發(fā)振蕩。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于每個(gè)屏蔽而言屏蔽到繞組的電容大體上相同，而在兩個(gè)屏蔽之間， 激勵(lì)出振蕩的頻率和能夠?qū)嶋H地通過(guò)電阻值選擇來(lái)應(yīng)用的阻尼因子可能明顯不同，因此電阻值可能明顯不同。用于電阻器100、101的示例值分別是10歐姆和3歐姆。對(duì)于給定感應(yīng)器設(shè)計(jì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)?shù)卮_定所需電阻值。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器不用在圖1所示的初級(jí)位置而用在電壓信號(hào)的高頻分量已經(jīng)被衰減的次級(jí)濾波器中時(shí)，在不用電阻的情況下將屏蔽箔直接端接至地以獲得最大屏蔽通常是可以接受的。通常，優(yōu)選使用某種膠(例如環(huán)氧樹脂)將繞組、絕緣物和屏蔽箔粘接在一起。這可以通過(guò)例如，在纏繞期間應(yīng)用膠或者在纏繞之后真空注入來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)將具有圖8的部件的線圈纏繞在線軸上時(shí)，相對(duì)少的匝、相對(duì)硬的帶(即便如此其關(guān)于趨膚效應(yīng)在電氣上是“薄”的)、以及加入屏蔽及其額外絕緣層使得尤其難以通過(guò)讓最終匝在正確的位置結(jié)束以便容易地進(jìn)行端接的方式來(lái)纏繞線圈。然而，使用例如圖11所示的專門構(gòu)造的機(jī)器可以使這種纏繞容易地進(jìn)行。這種機(jī)器具有通過(guò)計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字控制技術(shù)連接的兩個(gè)主機(jī)構(gòu)。機(jī)器具有使安裝臺(tái)111行進(jìn)的直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)110，從而臺(tái)被定位成僅能夠在一個(gè)軸(在此為X軸)上滑動(dòng)，但在Y軸和Z軸上固定。由步進(jìn)電機(jī)或其它受控旋轉(zhuǎn)設(shè)備113轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)螺桿112控制在X軸上的位置。在安裝臺(tái)上放置有可以與圖4和圖8的切割帶中的小孔34嚙合的箝位設(shè)備114。第二主機(jī)構(gòu)是在旋轉(zhuǎn)軸在Z軸上的軸承118中運(yùn)轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)桿115。該桿被限制為不能沿Z軸移動(dòng)。桿115的直徑比線軸60的內(nèi)徑小。在桿的一端有一對(duì)可移除的頰件 116、117，其還形成在桿115和線軸60的內(nèi)徑之間的套筒，并將線軸保持在適當(dāng)位置。桿 115的另一端被通過(guò)鋸齒帶輪120和鋸齒帶121耦合到桿115的步進(jìn)電機(jī)或類似的旋轉(zhuǎn)設(shè)備119驅(qū)動(dòng)?？梢栽诶p繞操作開始時(shí)正確地定位安裝臺(tái)111，并且可以在桿115上安裝線軸，并且可以應(yīng)用絕緣的內(nèi)層。帶30的外端現(xiàn)在可以定位在安裝臺(tái)111上的夾鉗114中，內(nèi)端可以形成為圖12的形狀，其中，圖8的帶的片31沿著折疊線彎折90度，以沿著線軸頰的內(nèi)側(cè)平放(并且如上所述絕緣)。帶30通過(guò)形成頰件116、117的一部分、穿過(guò)線軸60的頰中的對(duì)應(yīng)孔64并進(jìn)入形成在繞組帶30的端的孔33、35的銷釘固定在線軸60中的位置中。然后可以重新定位安裝臺(tái)111以獲得繞組中的正確起始張力。這種機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是在步進(jìn)電機(jī)113、119的數(shù)字或計(jì)算機(jī)控制下使桿轉(zhuǎn)動(dòng)并且移動(dòng)安裝臺(tái)，從而在所有時(shí)間在繞組帶30中保持所需的張力。如果類似的步進(jìn)電機(jī)或旋轉(zhuǎn)設(shè)備均用于控制安裝臺(tái)111的位置和桿115的旋轉(zhuǎn)位置，則由于導(dǎo)螺桿的節(jié)距通常遠(yuǎn)小于線軸的半徑，因此將需要導(dǎo)螺桿步進(jìn)電機(jī)113的若干步進(jìn)，以用于桿電機(jī)119的每一步進(jìn)。使用電子表單或類似的計(jì)算方法，可以根據(jù)材料厚度和位置計(jì)算桿轉(zhuǎn)動(dòng)和對(duì)應(yīng)導(dǎo)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的準(zhǔn)確數(shù)量的表，進(jìn)行正確的限定從而把準(zhǔn)確匹配桿的步進(jìn)所需的任意部分的步進(jìn)內(nèi)插到后續(xù)步進(jìn)，并且該表可以被經(jīng)驗(yàn)地調(diào)整。在手動(dòng)操作的機(jī)器中可以采用腳開關(guān)或類似裝置，以允許操作者開始并且停止運(yùn)動(dòng)，從而屏蔽及其絕緣層可以被放置到繞組帶的平坦部分上， 以便當(dāng)機(jī)器重新啟動(dòng)時(shí)，它們將纏繞到正確的位置。在完全自動(dòng)化的機(jī)器中，類似的控制將允許這些物件的自動(dòng)放置。計(jì)算安裝臺(tái)和桿電機(jī)中的每一個(gè)的步進(jìn)總數(shù)，從而準(zhǔn)確地在正確位置處由繞組的外端形成最終匝。通過(guò)附加至可移除頰件116、117來(lái)放置箝位件(未示出)以將線軸以及繞組的兩端相對(duì)于彼此保持在正確的位置?，F(xiàn)在可以移除線軸、頰件和箝位件，以允許粘合或封裝處理從而將組件保持在一起。通過(guò)使用若干組頰件和箝位件，可以隨后按批次或者連續(xù)工藝進(jìn)行另一纏繞。在設(shè)置好粘接或封裝之后，頰件和箝位件可以被移除、清理并且重新使用。圖13a示出允許方便地實(shí)現(xiàn)上述所有特征的替選線軸130。在該結(jié)構(gòu)中，內(nèi)管131 由導(dǎo)體材料(例如黃銅)制成，并且仍然具有貫穿該管的實(shí)際的縫，以避免產(chǎn)生短路匝。線軸的端部頰板132、133由標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板材料制成，例如通常使用的FR4級(jí)玻璃纖維基板。 優(yōu)選地在標(biāo)準(zhǔn)雙側(cè)印刷電路板上進(jìn)行“貫通板孔”工藝，并且這允許通過(guò)焊接將內(nèi)部黃銅管附連至PCB材料。PCB的外表面上具有在該表面上蝕刻的圖1 的銅圖案，從而外表面被較大程度地金屬化，以提供等同于圖6的線軸的屏蔽。內(nèi)管中的縫與銅箔中蝕刻的間隙134 對(duì)齊，并且需要有如圖13c所示的頰板中的那樣長(zhǎng)度實(shí)際的縫138，以斷開PCB中的孔中的 “貫通板”金屬化以及其周圍的銅焊接區(qū)。頰板頂部的矩形片135被設(shè)計(jì)成適合通過(guò)屏蔽的頂部并能夠允許屏蔽之間的焊接，并且在屏蔽之后使頰板的頂部已被放置在適當(dāng)位置。還可以提供“過(guò)孔”，以進(jìn)行系統(tǒng)地附連和頰板兩側(cè)上的金屬化之間的連接。因此，頰板頂部上的金屬化135經(jīng)由屏蔽所能提供的非常低的電感路徑連接到系統(tǒng)地，如以下進(jìn)一步解釋。頰板的內(nèi)表面也金屬化為圖13c所示的圖案。設(shè)置有焊盤137，其上可以焊接屏蔽上的片，并且這些片連接至電阻安裝焊盤136，然后為了前述目的通過(guò)這些電阻安裝焊盤將屏蔽經(jīng)由電阻139或?qū)щ婃溌方又料到y(tǒng)地。所描述的頰板在每一端板上示出所有這些電阻器。實(shí)際上，優(yōu)選以此方式制成所有頰板，作為標(biāo)準(zhǔn)化的部分。根據(jù)使用的情況，可以在特定的感應(yīng)器組件中使用一些或所有可用的連接。外部頰板也可以設(shè)置有焊盤以允許電阻或?qū)щ婃溌返倪B接，從而線軸直接通過(guò)導(dǎo)電鏈路或通過(guò)電阻接至系統(tǒng)地，以類似于針對(duì)屏蔽所作的解釋的方式來(lái)減少由于使用用于屏蔽的軸線金屬化而導(dǎo)致的任何振蕩。還存在針對(duì)感應(yīng)器中使用的芯的設(shè)計(jì)考慮。鐵氧體材料優(yōu)選地用于形成芯。鐵氧體材料被設(shè)計(jì)為在非常高的頻率下工作，但這導(dǎo)致當(dāng)與變壓器鐵比較時(shí)峰值操作磁通量密度非常低的代價(jià)。然而，由于在使用鐵氧體的情況下可用的工作頻率的增加遠(yuǎn)大于峰值通量密度的減少，因此在使用鐵氧體組分的情況下可以控制或者轉(zhuǎn)換的功率高得多(質(zhì)量對(duì)比質(zhì)量)。相應(yīng)地，由于飽和的電路不再表現(xiàn)電感，因此對(duì)感應(yīng)器設(shè)計(jì)的約束之一是電路不應(yīng)承載導(dǎo)致磁路飽和的電流。添加空氣間隙(或者等效地使用用于磁路的全部或一部分的較低相對(duì)磁導(dǎo)率的磁材料)通過(guò)增加磁“阻抗”(其為耦合到磁路的每單位長(zhǎng)度的安培匝的數(shù)量對(duì)于生成的通量密度的比率)提供一定的控制。這允許感應(yīng)器處理更多的安培匝，即更高的電流和或更大數(shù)量的繞組匝。圖Ha示出在中心極142和側(cè)壁143這兩者中具有空氣間隙141的芯140的截面。實(shí)際上，這可以簡(jiǎn)單地是由切割成型的穩(wěn)定片材材料分隔成兩半的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)芯?？蛇x地，如圖14b所示，通過(guò)高度上減小的中心極制成一些“標(biāo)準(zhǔn)”芯。 在此情況下，僅在中心極145之間形成間隙144。然而，對(duì)于使用空氣間隙所能提供的安培匝的增加存在實(shí)際限制。首先，隨著間隙變大，空氣間隙中的磁場(chǎng)將趨于外邊緣，并且在內(nèi)部與導(dǎo)體耦合并接近感應(yīng)器，由于渦流和熱量的生成而產(chǎn)生損耗。因此，必須限制空氣間隙的大小，通常限制為芯壁厚度尺寸的較小的一部分。其次，隨著間隙增加，對(duì)于給定的匝數(shù)，電感將減少。通常存在電路所需的給定程度的電感，以滿足其目的在任何給定間隙處電感與匝數(shù)的平方成正比，因此，可以增加間隙，增加電流處理能力，并且增加匝數(shù)，從而保持給定電感，但這以減少的導(dǎo)體截面面積、總繞組電阻的增加以及由于電流和繞組阻抗的增加而使阻抗性損耗增加的代價(jià)。因此，設(shè)計(jì)目標(biāo)典型地選擇在實(shí)際上盡可能高的安培匝乘積的情況下對(duì)于用途來(lái)說(shuō)足夠的鐵氧體芯，并且將匝數(shù)布置為適合電路應(yīng)用，而不導(dǎo)致導(dǎo)體中的過(guò)度阻抗性損耗。優(yōu)選地使用PCB兼容安裝尖頭布置將感應(yīng)器安裝到PCB上是通常需要。如參照?qǐng)D 4描述的那樣，導(dǎo)體帶在每一端包括端接部分。端接部分的形狀是這樣的，通過(guò)以90度彎折以允許端接至導(dǎo)體繞組的內(nèi)端。如果對(duì)導(dǎo)體銅進(jìn)行適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚?，并且彎折具有合適的半徑，則彎折保持整體強(qiáng)度和導(dǎo)電性。當(dāng)折疊時(shí)端接部分必須與繞組和線軸絕緣。圖1 示出在線軸60之下具有用于直接端接至PCB的結(jié)構(gòu)的布置的感應(yīng)器組件。 圖1 示出類似的結(jié)構(gòu)，其可以通過(guò)將帶30上的尖頭彎折90度以給出圖1 所示的定向， 在完成的感應(yīng)器的邊緣用作表面安裝的PCB連接或傳統(tǒng)的“通孔"PCB端接(這對(duì)于放置其它部件或檢查是方便的)。圖15c和圖15d示出利用自由或附連螺栓的螺旋固定151、152 的方便端接。圖15c示出徑向端接，而圖15d示出軸向端接。可見(jiàn)，圖6所示的線軸在端板的頂部和底部邊緣上具有“平邊”。底部邊緣的平邊便于在圖1 所示的端接中形成第二彎曲οPCB允許使用表面接地面(該面實(shí)質(zhì)上為電路地電勢(shì)的連續(xù)面)，即優(yōu)選地在PCB 上側(cè)上的銅。在此情況下，可以進(jìn)一步通過(guò)使用如圖16所示的放置在整個(gè)線圈之上的傳統(tǒng)屏蔽殼來(lái)改進(jìn)屏蔽。這種殼可以通過(guò)對(duì)薄黃銅或銅片材進(jìn)行光刻或壓印、折疊、并且熔接或者對(duì)折疊縫進(jìn)行點(diǎn)焊來(lái)制成，并且在電子工業(yè)中通用。然而，有利的是，使用這種罩作為感應(yīng)器組件的集成部分，尤其是用于屏蔽箔的端接。
因?yàn)橥獠科帘螝⒃诤芏辔恢帽蝗劢拥絇CB地平面，所以用于屏蔽箔的端接片與外部殼的連接(直接地或者經(jīng)由電阻)允許對(duì)于對(duì)地平面的電感非常低的情況下的非常短的物理連接。這是因?yàn)?，任何通過(guò)殼流至地的電流將在所有可能的路徑上展開，并且磁通量線將非常長(zhǎng)或者被抵消。圖16示出最終感應(yīng)器組件的示例，其中，經(jīng)由一端為標(biāo)準(zhǔn)引線的電阻161實(shí)現(xiàn)從屏蔽箔(由線軸的頂部制成)到殼180的端接。優(yōu)選地，殼160填充有高導(dǎo)熱材料，例如聚亞安酯化合物。這將熱量傳遞到殼的外部并且分散機(jī)械負(fù)載。當(dāng)在承受振動(dòng)和高加速度的環(huán)境中使用感應(yīng)器時(shí)，分散機(jī)械負(fù)載是重要的。也可以通過(guò)與上述相同的特征(即類似截面的平坦帶和對(duì)地端接的匝間屏蔽)但利用徑向方向上截面的長(zhǎng)軸(即帶的寬度)來(lái)纏繞線圈。在最簡(jiǎn)單的幾何形式中，這種形式的繞組具有平坦的螺旋部分，每一匝與下一匝通過(guò)絕緣層分離，絕緣層可以方便地制成為其中具有切口的墊圈的形式。匝間屏蔽也是類似墊圈的，并且以與前述精確地相同的方式端接到地。由于屏蔽必須在匝之間，因此屏蔽在拓?fù)渖线B續(xù)是不可能的，因?yàn)樵谀承c(diǎn)處兩個(gè)端點(diǎn)將位于單獨(dú)匝的相對(duì)側(cè)。由于單個(gè)屏蔽不可能形成“短路匝”，所以這種拓?fù)錀l件是有用的。為了改進(jìn)屏蔽，可以使得屏蔽的徑向厚度比螺旋繞組的徑向厚度更寬，盡管這受到繞組自身的截面最大化的需要、以及鐵氧體芯內(nèi)部的繞組空間的有限徑向厚度的限制。圖17示出采用這種形式的繞組170，圖18示出絕緣墊圈180和屏蔽墊圈181，后者示出形成兩個(gè)端點(diǎn)的切口以及相對(duì)側(cè)的連接片，可以通過(guò)該連接片端接至地圖18是說(shuō)明性的，切口和端接點(diǎn)的相對(duì)位置應(yīng)被詳細(xì)設(shè)計(jì)。每一屏蔽將再次通過(guò)分離墊圈的形式需要額外的絕緣層，以確保不會(huì)連接至導(dǎo)電繞組?？梢?jiàn)，如果從片材材料切割而不進(jìn)一步變形，則各個(gè)屏蔽可以最多屏蔽用于整個(gè) 360度匝的導(dǎo)電繞組，然而，通過(guò)其它制造技術(shù)，可以形成覆蓋多于360度的屏蔽。使用的屏蔽的數(shù)量和角度覆蓋仍應(yīng)針對(duì)特定應(yīng)用而被詳細(xì)設(shè)計(jì)。通常使用的屏蔽越多，越會(huì)降低穿過(guò)感應(yīng)器的高頻率耦合，但構(gòu)造的復(fù)雜度將更大，繞組穿過(guò)用于導(dǎo)體的截面孔的比例更小。屏蔽和匝間絕緣體可以簡(jiǎn)單地由銅片材材料切割或者壓印而成。然而，由于導(dǎo)體繞組通常多于一個(gè)匝并且需要以純螺旋形式連續(xù)，因此可以僅通過(guò)變形工藝使銅引線形成為平坦截面而制成，并且這是昂貴的技術(shù)。然而，在繞組感應(yīng)器和變壓器中，通常使用具有方形截面的鐵氧體或鐵磁路徑，圖 19示出通常可用的制成為“E”芯截面191和“I”芯截面192的芯對(duì)190。如上所述，完全優(yōu)化的芯盡可能緊密地交連磁路和電路并且針對(duì)給定量的磁性材料和導(dǎo)體材料具有最大的截面。在方形截面磁路具有增加銅繞組長(zhǎng)度的效應(yīng)的情況下，這將是相對(duì)小的因素，考慮到這對(duì)于設(shè)計(jì)的其它方面的有利點(diǎn)，因此通常是可接受的。通過(guò)切割并彎折導(dǎo)電片材材料(例如銅片材)，存在允許通過(guò)截面的徑向長(zhǎng)軸構(gòu)建導(dǎo)電繞組的一組幾何形狀，并且還存在針對(duì)使得被浪費(fèi)材料的比例最小化優(yōu)選特定形狀。圖20示出理論上的具有方形幾何形狀的繞組形狀200。然而，不可能從片材材料切割出該繞組。圖21示出可以從片材材料切割出的形狀210。標(biāo)識(shí)出通過(guò)在該形狀中彎折 45度角來(lái)產(chǎn)生具有基本上與圖20相同的拓?fù)涞睦@組的位置211。也可以通過(guò)將圖21的形狀擴(kuò)展為圖22的形狀并且在線221上進(jìn)行簡(jiǎn)單的方形折疊來(lái)實(shí)現(xiàn)基本上相同的結(jié)果。這使用稍多的材料，并且在不采用如下所述的焊接工藝的情況下，使得傳導(dǎo)路徑稍長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)這種描述，可以考慮兩種等同的折疊方法。在圖21的繞組中，可以看出每三個(gè)轉(zhuǎn)角需要折疊一次，因此，看到折疊的角位置對(duì)于每一相鄰匝后向行進(jìn)(即在與所感覺(jué)的繞組方向相對(duì)的方向上)。在簡(jiǎn)單折疊的情況下，被折疊的材料將是繞組厚度的兩倍，并且這將添加到整個(gè)線圈的軸長(zhǎng)度，但因?yàn)檎郫B的位置后向行進(jìn)，所以該額外厚度均勻地分布在繞組的頂點(diǎn)周圍?？梢?jiàn)，對(duì)于以此方式形成的每三個(gè)完整匝，存在在每個(gè)頂點(diǎn)處厚度加倍的四個(gè)位置，因此，軸長(zhǎng)度比圖20的繞組的等效軸長(zhǎng)度長(zhǎng)三分之一。在很多實(shí)際設(shè)計(jì)中，這是可以接受的，特別是對(duì)于薄的片材材料，在薄的片材材料的情況下，絕緣材料的厚度占據(jù)整個(gè)軸向長(zhǎng)度的較高的比例而且該絕緣材料的厚度一定程度地在機(jī)械上是一致的。然而，可以使用壓制工藝來(lái)改變材料的形狀，從而在每一折疊處獲得基本恒定的厚度。銅是用于導(dǎo)體的優(yōu)選的材料，并且如果正確地?zé)崽幚韯t非常易于延展并且容易以此方式形變。圖23示出45度彎折230和可預(yù)計(jì)的形變，由于確切的形狀取決于使用的方法， 所以這種形變是示例性的。壓制工藝可以與修剪工藝結(jié)合，剪除材料231(圖23中陰影所示)，以將繞組還原成理論形狀。然后，還可以進(jìn)一步使用熔接或焊接工藝來(lái)接合折疊間的材料(圖M中的陰影面積Ml)。這具有減輕由于形變工藝中使材料薄化所導(dǎo)致的在每處彎折電阻增加的效果。通過(guò)組合這些工藝可以看出，可以從片材導(dǎo)體材料(例如電氣級(jí)銅片材)產(chǎn)生具有圖20的基本特性的線圈。然而，圖21的形狀非常浪費(fèi)導(dǎo)體材料。圖25通過(guò)示出在切割和折疊之前片材上的線圈250的布局來(lái)表示出這種情況。片材上的線圈之間的最小間隔是圖案的整體寬度，從而面積251被浪費(fèi)掉。存在允許在片材上“堆疊”線圈的形狀。圖沈和圖27分別示出可以制造三角形和五邊形線圈的形狀?？梢?jiàn)，利用三角形和五邊形形狀(僅限制為頂點(diǎn)的可選修剪)實(shí)質(zhì)上消除了導(dǎo)體材料的浪費(fèi)。也可以使用具有更多數(shù)量的邊的多邊形。然而，僅有一些形狀 (例如三角形和五邊形)允許折疊的位置圍繞繞組行進(jìn)?？梢赃M(jìn)一步修剪這些形狀，以便用于具有圓形磁路徑截面的磁芯，盡管這當(dāng)然會(huì)在片材導(dǎo)體材料的使用中重新引入浪費(fèi)因素。一種替代方式是使用為利用這些繞組形狀而設(shè)計(jì)的磁芯，例如三角形截面的芯或五邊形截面的芯。圖觀和圖四示出適合該目的的磁芯截面。圖觀示出三角形芯觀0的部分，圖四示出五邊形芯四0的部分。然而，在用于上述目的的芯的實(shí)際設(shè)計(jì)中的另一因素是需要有效地消除繞組中產(chǎn)生的熱量。圖沈和圖27中的線圈的頂點(diǎn)使得要使用的導(dǎo)體材料把熱量有效地傳遞到設(shè)備的邊緣。因此，使用由圖沈所示的導(dǎo)體帶形成的繞組的圖觀的形狀是優(yōu)選的，因?yàn)樾竞屠@組的輪廓形狀是緊湊的并且結(jié)合了材料的有效使用，并且來(lái)自繞組的熱傳遞是有效的。這些線圈的端接可以選擇前面所描述的方式。應(yīng)當(dāng)理解，以上述任意方式形成的、繞組截面的長(zhǎng)軸為軸向或徑向的線圈可以優(yōu)選地集成到圓柱罩中，其中感應(yīng)器的端接被引出到圓柱的端面上。圖30示出在圓柱罩300中的完整的線圈組件，圓柱罩300為鋁合金、黃銅、或金屬涂覆的塑料，并具有線圈兩端的軸向端接。為清楚起見(jiàn)透明地示出罩。所示的線圈組件與圖15d所示的相同。圓柱也可以用于容納其它電路元件，例如電容器301。導(dǎo)電圓柱可以直接或電容地連接到地，以使得電屏蔽有效。在圓柱導(dǎo)體材料被設(shè)計(jì)為具有足夠?qū)щ娦缘那闆r下，其還可以成為在線圈繞組中受控制的電流的地返回路徑，產(chǎn)生具有圖31和圖32的等效電路的共軸四端網(wǎng)絡(luò)(圖31和圖32分別示出直接屏蔽連接和容性屏蔽連接)。整個(gè)組件可以被裝入到電絕緣但導(dǎo)熱的化合物(例如導(dǎo)熱聚亞安酯化合物)中。 如果繞組是具有徑向?qū)?zhǔn)的截面的長(zhǎng)軸折疊形式，則繞組的頂點(diǎn)與圓柱的內(nèi)表面之間的間隙必須被布置為滿足在線圈的工作電壓下電絕緣的需要。外圓柱表面對(duì)于機(jī)械安裝和到環(huán)境或冷卻系統(tǒng)的熱量傳遞應(yīng)非常有效。罩可以被進(jìn)一步修改成滿足整體電路的其它需要， 尤其是集成形成濾波器電路的另一主要元件的分流連接的電容器。罩還可以使得在軸向定向的間隙302中從圓柱的一端到另一端傳送電控制信號(hào)，從而允許線圈集成至較大電路的子組件中，同時(shí)保留用于機(jī)械安裝和熱量傳遞的外圓柱表面。這些信號(hào)可以在由一端或兩端端接至圓柱或外部電路的導(dǎo)體材料所制成的管中行進(jìn)，從而使得對(duì)源于來(lái)自線圈的電流的電耦合的信號(hào)的屏蔽有效。還可以利用沿圓柱外表面行進(jìn)的一個(gè)或多個(gè)軸向?qū)?zhǔn)的絕緣間隙來(lái)構(gòu)造外部圓柱，這是為了中斷由來(lái)自磁芯的泄漏通量所引起的外部環(huán)路電流流動(dòng)。如上所述的利用材料在徑向或軸向方向上的長(zhǎng)軸，使用導(dǎo)體材料帶纏繞線圈的方法還可以優(yōu)選地用于具有兩個(gè)或更多個(gè)耦合至單個(gè)磁芯分離的繞組的變壓器，其中，這些繞組中的一個(gè)或多個(gè)具有相對(duì)少的匝，并且開關(guān)的頻率和運(yùn)轉(zhuǎn)功率高，并且其中，如上所述，趨膚效應(yīng)還會(huì)使得高頻率損耗不可接受。需要這種類型的變壓器的電路的示例是公知的“回掃”轉(zhuǎn)換器、或由Woods提出的電路(US 3，986，097)。這些電路使用兩個(gè)分離的繞組。這些轉(zhuǎn)換器可以使用主電路與次電路之間的匝數(shù)比率在輸入電壓與輸出電壓之間實(shí)現(xiàn)該比率。在這種電壓一個(gè)低(例如M伏特)并且另一個(gè)高(例如600伏特)的情況下，24 伏特繞組可能使用相對(duì)較少的匝和帶繞組，而600伏特的電路可以使用傳統(tǒng)引線?？梢岳斫?，由于電壓較高，與低電壓繞組相比，高電壓繞組在以相同比率低于低電壓繞組的電流下工作。趨膚效應(yīng)是依賴于頻率的效應(yīng)，因此表層厚度對(duì)于兩個(gè)繞組相同，然而，由于高電壓繞組將具有更多的匝，因此高電壓繞組的截面將成比例地更小，因此，由于引線的直徑將與表層厚度相近或者小于表層厚度，所以在繞組比率大的情況下，使用圓形引線將不會(huì)是不利的。在匝比率較小的情況下，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈可以均由帶繞組制成。次級(jí)線圈可以接近初級(jí)線圈纏繞或圍繞初級(jí)線圈周圍纏繞。在任一種情況下，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈必須彼此絕緣。
權(quán)利要求
1.一種適合在功率變換電路中使用的感應(yīng)器組件，包括磁芯；導(dǎo)體帶，其圍繞所述芯纏繞以形成線圈，其中，所述線圈的相鄰匝彼此絕緣；以及至少一個(gè)靜電屏蔽，位于所述線圈的相鄰匝之間并且與所述線圈電絕緣，其中，所述靜電屏蔽連接至電氣地。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器組件，其中，經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)電阻進(jìn)行所述靜電屏蔽到電氣地的連接。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的感應(yīng)器組件，包括多個(gè)分離的靜電屏蔽，每個(gè)靜電屏蔽連接至地。
4.如權(quán)利要求3所述的感應(yīng)器組件，其中，所述靜電屏蔽中的一個(gè)或多個(gè)經(jīng)由電阻連接至地。
5.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，其中，所述導(dǎo)體帶圍繞鐵氧體芯纏繞。
6.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，還包括包圍所述線圈的外部靜電屏蔽，所述外部靜電屏蔽連接至地。
7.如權(quán)利要求6所述的感應(yīng)器組件，其中，所述外部靜電屏蔽包括導(dǎo)電線軸，圍繞所述導(dǎo)電線軸纏繞所述導(dǎo)體帶，其中，所述線軸與所述導(dǎo)體帶電絕緣，并且其中所述線軸被構(gòu)造成不提供圍繞所述芯的完整周長(zhǎng)的導(dǎo)電路徑。
8.如權(quán)利要求7所述的感應(yīng)器組件，其中，所述線軸包括中心管，由導(dǎo)體材料制成，圍繞所述中心管纏繞所述導(dǎo)體帶，其中，所述管被構(gòu)造成不提供圍繞所述芯的完整周長(zhǎng)的導(dǎo)電路徑；以及頰板，位于所述中心管的每一端，所述頰板由印刷電路板(PCB)材料形成。
9.如權(quán)利要求8所述的感應(yīng)器組件，其中，所述頰板的至少一個(gè)表面被導(dǎo)體材料部分地或完全地覆蓋，所述導(dǎo)體材料被構(gòu)造成不提供圍繞所述芯的完整周長(zhǎng)的導(dǎo)電路徑。
10.如權(quán)利要求8或9所述的感應(yīng)器組件，其中，在至少一個(gè)頰板上安裝電阻，并且其中所述靜電屏蔽經(jīng)由所述電阻連接至電氣地。
11.如權(quán)利要求6至10中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，其中，在外部外部靜電屏蔽中包括導(dǎo)體片材，所述導(dǎo)體片材圍繞所述線圈的外周長(zhǎng)延伸并連接至所述線軸，但被構(gòu)造成使得所述組件沒(méi)有任何部分提供圍繞所述芯的完整周長(zhǎng)的導(dǎo)電路徑。
12.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，其中，所述導(dǎo)體帶是導(dǎo)體組件的一部分，所述導(dǎo)體組件包括多個(gè)層疊的帶，每個(gè)帶與所述線圈中的其它帶絕緣但在外部并聯(lián)連接。
13.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，其中，所述導(dǎo)體帶具有截面長(zhǎng)軸和截面短軸，其中，圍繞繞組軸纏繞所述帶，并且其中，所述帶被纏繞成使得所述帶的截面長(zhǎng)軸與所述繞組軸平行。
14.如權(quán)利要求13所述的感應(yīng)器組件，其中，所述導(dǎo)體帶包括在所述帶的任一端的端接部分，所述端接部分相對(duì)于所述帶的縱向尺度在橫向上延伸。
15.如權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，其中，所述導(dǎo)體帶具有截面長(zhǎng)軸和截面短軸，其中，圍繞繞組軸纏繞所述帶，并且其中，所述帶被纏繞成使得所述導(dǎo)體帶的截面長(zhǎng)軸在所述繞組軸的徑向上。
16.如權(quán)利要求15所述的感應(yīng)器組件，其中，所述線的沿所述繞組軸觀看到的截面為方形、三角形、五邊形、六邊形或圓形。
17.如權(quán)利要求15或16所述的感應(yīng)器組件，其中，由折疊的導(dǎo)體帶形成所述線圈。
18.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，其中，所述芯由磁性材料形成，并且包括空氣間隙，或者全部或部分地由相對(duì)磁導(dǎo)率小的材料構(gòu)成。
19.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，其中，所述磁芯具有方形、三角形、 五邊形、六邊形或圓形的截面。
20.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，還包括由導(dǎo)體材料形成的外部殼體，其中，所述靜電屏蔽經(jīng)由所述外部殼體連接至地。
21.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件，還包括由導(dǎo)體材料形成的實(shí)質(zhì)上為圓柱形的外部殼體，其中，所述靜電屏蔽經(jīng)由所述外部殼體連接至地；并且還包括經(jīng)由所述殼體的圓柱形端部上的柱或片到所述線圈的兩個(gè)端部之一的連接。
22.如權(quán)利要求21所述的感應(yīng)器組件，其中，轉(zhuǎn)換器的其它電路元件被集成到所述殼體中。
23.如權(quán)利要求21或22所述的感應(yīng)器組件，其中，所述殼體形成通過(guò)所述感應(yīng)器組件的電流的電返回路徑。
24.一種功率變換電路，包括如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的感應(yīng)器組件。
25.一種形成感應(yīng)器組件的方法，包括以下步驟圍繞線軸將導(dǎo)電帶、絕緣體帶、至少一個(gè)靜電屏蔽以及與所述屏蔽關(guān)聯(lián)的絕緣體纏繞在一起。
26.如權(quán)利要求25所述的形成感應(yīng)器組件的方法，其中，纏繞步驟包括將所述帶的一端附連到所述線軸，并且將所述帶的另一端附連到張力控制裝置，并且使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)所述線軸，其中，彼此關(guān)聯(lián)地控制所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和所述張力控制裝置，以確保纏繞期間所述帶的期望張力和位置。
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和所述張力控制裝置由共同的控制器控制。
28.一種形成感應(yīng)器組件的方法，包括以下步驟 將導(dǎo)體帶折疊成線圈；在所述線圈的相鄰匝之間設(shè)置絕緣層；以及在所述線圈的兩個(gè)相鄰匝之間設(shè)置至少一個(gè)靜電屏蔽。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法，還包括步驟從導(dǎo)體片材壓印、切割或蝕刻出所述導(dǎo)體帶。
30.如權(quán)利要求25至四中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述感應(yīng)器組件形成變壓器的一部分。
31.一種變壓器組件，包括 磁芯；第一線圈，圍繞所述磁芯纏繞所述第一線圈，由導(dǎo)體帶形成并具有一個(gè)或多個(gè)匝； 第二線圈，圍繞所述磁芯分離地纏繞所述第二線圈，具有一個(gè)或多個(gè)匝并與所述第一線圈電絕緣。
32.—種實(shí)質(zhì)上為在此參照附圖描述的感應(yīng)器組件。
33.一種形成實(shí)質(zhì)上為在此參照附圖描述的感應(yīng)器組件的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適合用在高頻率切換模式功率變換器中的感應(yīng)器組件，其中，電壓的改變速率可以超過(guò)每秒109伏特。感應(yīng)器由圍繞磁芯(140)纏繞的導(dǎo)體帶(30)形成，并且還包括位于導(dǎo)體的相鄰纏繞之間以提供容性屏蔽的靜電屏蔽，其實(shí)質(zhì)上減少?gòu)母袘?yīng)器的一端傳播到另一端的高頻率電壓信號(hào)。
文檔編號(hào)H01F17/04GK102203887SQ200980144087
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者喬納森·納拉莫爾, 蒂莫西·理查德·克羅克 申請(qǐng)人:3Di動(dòng)力有限公司